b3 változat - pt.bme.hu · egyféle termék állítható elő, tehát ezek a szerszámok –...

Változat: 2.2

B3

Kiadva: 2014. február 7.

BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM

GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR POLIMERTECHNIKA TANSZÉK

Fröccsöntés

HŐRE LÁGYULÓ POLIMEREK FRÖCCSÖNTÉSE

A JEGYZET ÉRVÉNYESSÉGÉT A TANSZÉKI WEB OLDALON KELL ELLENŐRIZNI! WWW.PT.BME.HU

Változat: 2.2

B3 – FRÖCCSÖNTÉS


A LABORGYAKORLAT HELYSZÍNE

TARTALOMJEGYZÉK

1. A GYAKORLAT CÉLJA ........................................................................................................................ 3

2. ELMÉLETI HÁTTÉR ............................................................................................................................. 3

2.1. A FRÖCCSÖNTŐ GÉP ........................................................................................................................... 3 2.2. A FRÖCCSÖNTÉS FOLYAMATÁNAK LÉPÉSEI ........................................................................................ 5 2.3. A PLASZTIFIKÁLÓ- ÉS FRÖCCSEGYSÉG RÉSZEI ÉS AZOK FUNKCIÓI...................................................... 7

3. A MÉRÉS SORÁN HASZNÁLT GÉPEK, BERENDEZÉSEK ......................................................... 10

4. A TÉMÁHOZ KAPCSOLÓDÓ FONTOSABB SZAVAK ANGOLUL, NÉMETÜL ...................... 11

5. AJÁNLOTT IRODALOM..................................................................................................................... 11

MÉRÉSI JEGYZŐKÖNYV ............................................................................................................................ 12

Hőre lágyuló polimerek fröccsöntése 2/13

Változat: 2.2



1. A gyakorlat célja

A gyakorlat célja a fröccsöntési technológia és ciklus megismerése, elemzése.

Tanulmányozandók a gyakorlat során a fröccsöntő gép és annak részegységei. Cél továbbá a

fröccsöntési technológia beállításának alapszintű megismerése (fröccsnyomás, hűtési idő,

befröccsöntött anyagmennyiség).

2. Elméleti háttér

A fröccsöntés a polimer késztermékek előállítására alkalmas módszerek közül a

legsokoldalúbb és a legdinamikusabban fejlődő szakaszos (ciklikus) eljárás. Alapelve, hogy az

olvadáspontja fölé melegített, viszkózusan folyós ömledékállapotba hozott hőre lágyuló

(termoplasztikus) polimer alapanyagot nagy sebességgel és nyomással, szűk beömlőnyíláson át a

temperált (hűtött), zárt szerszámba juttatjuk. Ebben a zárt szerszámban a nagy nyomás alatt kihűlő

polimer ömledékből alakul ki a tetszőlegesen bonyolult, 3D-s, nagy méretpontosságú alkatrész,

gyakorlatilag hulladékmentesen. A technológia sajátossága, hogy az alkalmazott szerszámmal csak

egyféle termék állítható elő, tehát ezek a szerszámok – ellentétben a fémmegmunkáló szerszámok

egy részével – nem univerzálisak. A fröccsöntés szerszámai ugyan nem olcsóak (leginkább a

fémmegmunkálás költségei miatt), de mivel egy szerszámmal akár több millió darab termék is

készíthető, így egy-egy termék előállítási költsége kicsi.

2.1. A fröccsöntő gép

A fröccsöntéssel sokféle nagyságú, alakú és anyagú terméket lehet előállítani, amelyek

optimális gyártásához különböző felépítésű, nagyságú, és a legkülönbözőbb kiegészítő egységekkel

ellátott gépeket fejlesztettek ki. Általánosságban megállapítható, hogy egy fröccsöntőgép fő

egységei az alábbiak (1. ábra):


Változat: 2.2



1. ábra A fröccsöntőgép fő egységei

A gépállvány és hidraulikus rendszer (1. ábra – 1) feladata a többi egység rendszerbe

foglalása, azok rezgésmentes kapcsolásának a megvalósítása.

A fröccsöntéshez szükség van alakadó szerszámra (1. ábra – +), de azt nem sorolják a fő

egységek közé, mivel az több gépen is felhasználható, illetve egy gép több szerszámmal is

üzemelhet. A szerszám jellemzően két „félre” nyitható szét (álló, illetve mozgó szerszámfél), amely

a termék eltávolításánál játszik szerepet.

A szerszámzáró egység (1. ábra – 2) feladata – legegyszerűbb esetben – a gépvázon

rögzített álló szerszámfélhez képest a mozgó szerszámfél megfelelő mozgatása, az osztósíkban

történő nyitás-zárás. Amíg a befröccsöntés alatt a nagy fröccsnyomásból származó erőkkel szemben

a szerszámot tökéletesen zárva kell tartani (a maximális szerszámzáró erő a fröccsgép egyik

alapvető jellemzője), addig a termék adott hőmérsékletre történő lehűlése után a szerszámot nyitni


Változat: 2.2



kell, hogy a gyártmány eltávolítható legyen. A szerszámzáró egység lehet mechanikus

(könyökemelős) (2. ábra), vagy hidraulikus.

2. ábra Könyökemelős szerszámzáró egység vázlata

A plasztifikáló- és fröccsegység (1. ábra – 3) a fröccsöntőgép legfontosabb egysége,

feladata az alapanyag tökéletes megömlesztése és a szerszámüregbe juttatása.

A vezérlőegység (1. ábra – 4) feladata a fröccsgép teljes körű felügyelete és a

kapcsolattartás biztosítása az ember és a gép között.

2.2. A fröccsöntés folyamatának lépései

Fröccsöntéssel leginkább hőre lágyuló (termoplasztikus) műanyagokat dolgoznak fel

késztermékké. Ebben az esetben a gyártási folyamat az alábbi lépésekből áll:

– az alapanyag eljuttatása az adagoló tölcsérbe (1. ábra – 3).

– az alapanyag szállítása, plasztifikálása azaz megömlesztése és homogenizálása

(alakítható állapotban hozás),

– az ömledék bejuttatása (befröccsöntése) a zárt szerszámba, nagy nyomással

(alakadás),

– az ömledék lehűtése a hűtött (temperált) szerszámban

(alakrögzítés),

– a késztermék eltávolítása a szerszámból.

A fröccsöntés egy ciklusa természetesen a fenti lépésekből épül fel, de azok sorrendjét,

illetve egymásra épülését a fröccsöntés elvi folyamatábrájáról érthetjük meg (3. ábra).


Változat: 2.2



Start

Szerszámzárás

Fröccsöntés

Utónyomás

Plasztikálás

Fröccsegység hátra

Szerszámnyitás

Kidobás

Holtidő

Hűtés

Fröccsegység előre

Maradék hűtési idő

áll

fo

rog

elő

rem

ozog

áll

nyitv

a

zár

vany

itva

Csigamozgások

Szerszám állapot

3. ábra A fröccsöntési folyamat

A ciklus megértéséhez látni kell, hogy két ciklus között a szerszám mindig nyitott állapotban

van és nincs benne termék. A plasztifikáló- és fröccsegység „nyitott állapotban” van, azaz el van

távolítva a fröccsöntő szerszámtól, hogy légrés keletkezzen és így megszűnjön a hőáramlás a

fröccsegység irányából a szerszám irányába. Mindezek mellett a fröccsegység már tartalmazza a

következő ciklus számára plasztifikált (megömlesztett és homogenizált) alapanyagot.

A ciklus kezdetén először a szerszám, majd a fröccsegység zárása történik meg. Ezt

követően a megelőző ciklusban plasztifikált anyagot a csiga, mint egy előremozgó dugattyú nagy

nyomással bejuttatja a szerszámüregbe (befröccsöntés). Ezután az anyag a szerszámüregben a hűtés

hatására megdermed, miközben a fröccsegység – ezzel párhuzamosan – a következő ciklus számára

előállítja az ömledéket. A fröccshengerben a forgó csiga szállítja előre az anyagot, amely a külső

fűtés és a súrlódási hő hatására megolvad (plasztifikálás). Eközben a csiga elé szállított anyag

nyomása a csigát hátratolja. Elegendő mennyiségű anyag megömlesztése után a csigaforgás megáll,

majd a fröccsegység eltávolodik a szerszámtól, hogy megszűnjön a hőátadás a fűtött csigacsúcs és a

hűtött szerszám között. Miután a darab megdermedt, a szerszám kinyílik, és a késztermék

eltávolítható (kidobás). A fröccsöntés folyamata ezután elölről kezdődik (3. ábra).


Változat: 2.2



2.3. A plasztifikáló- és fröccsegység részei és azok funkciói

A plasztifikáló- és fröccsegység (4. ábra) a folyamat szempontjából a legfontosabb

részegység, amelynek fő funkciói az alábbiak:

– az alapanyag megömlesztése,

– az ömledék szállítása, homogenizálása,

– az ömledék tárolása,

– az ömledék befröccsöntése a szerszámba,

– a szükséges utónyomás biztosítása.

4. ábra Plasztifikáló-, és fröccsegység

A plasztifikálási folyamat célja, hogy a szükséges adalékokkal (színezék, égésgátló,

antisztatizáló, stb.) együtt betáplált granulátum formájú, szilárd polimer mind anyagában, mind

pedig hőmérsékletében megfelelően homogenizált (egységes eloszlású) ömledék állapotba kerüljön.

A plasztifikálási folyamat a következő: Az adagoló tölcsérből a szilárd alapanyag a

gravitáció hatására a csiga behúzó zónájába kerül. Az anyagot a csigacsúcs és a fúvóka irányába a

csiga forgómozgása által szállítja, miközben az anyag a szabályozhatóan fűtött hengerfallal való

érintkezés és a súrlódás hatására folyamatosan melegszik, végül megolvad. Az ömledék

homogenitása (anyagban és hőmérsékletben) a palástfűtéstől, valamint a csiga geometriájától és

fordulatszámától függ.

Mivel az ömledéket gyorsan és jól kell homogenizálni, az egyes technológiai folyamatoknak

megfelelően a csigát geometriailag általában 3 szakaszra osztják (5. ábra). A csiga hátsó szakasza az

etető, vagy más néven behúzó zóna (Ød=állandó), amely a szilárd granulátumot az etető tölcsérből

a fúvóka felé szállítja.


Változat: 2.2



5. ábra Háromzónás csiga (magprogresszív)

A csiga középső (növekedő átmérőjű, tehát magprogresszív) része az ömlesztő, vagy más

néven kompressziós zóna (Ød ØD), ahol az anyag megolvad, tömörödik és légtelenedik. A kitoló,

vagy más néven homogenizáló zónában (ØD=állandó) történik az ömledék homogenizálása.

A csiga forgása következtében a fúvókához érkező polimer ömledék nem kerül azonnal a

szerszámba. Az anyag szerszámba juttatásának ugyanis nagy sebességgel kell történnie, hogy a

polimer ömledék állapotban töltse ki a szerszámüreget. A plasztifikáló egység teljesítményét nem

lehet úgy beállítani, hogy az a jó homogenizálás mellett a kívánt sebességgel be is juttassa az

ömledéket a szerszámüregbe. A plasztifikálás és a befröccsöntés között tehát az ömledéket tárolni

kell.

Ebből kifolyólag a csigadugattyús fröccsöntőgépgép csigája axiálisan elmozdítható. A

fúvóka irányába történő anyagáramlás következtében az ömledék a csigacsúcs előtt gyűlik. Ekkor a

csiga – miközben tovább forog – a csigacsúcs előtt ébredő torlónyomás hatására hátrafelé

elmozdul. Egy meghatározott, előre beállítható visszafutás után a kívánt ömledék mennyiség a

csigacsúcs előtt felgyülemlik. Ekkor a csiga forgása leáll, és ezzel együtt a további anyagszállítás is

megszűnik.

A csigaház (fröccshenger) szerszám felöli végét a fúvóka (dűzni) zárja le. Ezen a fúvókán

keresztül jut majd az ömledék a szerszámba, de a befröccsöntési fázison kívül máskor nem szabad

anyagnak kikerülni innét. Ezért a fúvókának – a plasztifikálási folyamat alatt – zárhatónak kell

lennie.

A befröccsöntés – a plasztifikáló- és fröccsegység másik fontos feladata – a csigacsúcs előtt

összegyűlt plasztifikált és homogenizált ömledék bejuttatása a zárt szerszámba. Ezt nagyon gyorsan

kell végrehajtani, nehogy a hideg szerszámmal érintkező ömledék még idő előtt megdermedjen.

Mivel az ömledéknek viszonylag nagy a viszkozitása, a gyors befröccsöntéshez nagy nyomás

szükséges. Ezt az axiális mozgást és a nagy nyomás kifejtését a hidraulikus dugattyú biztosítja

(4. ábra). Természetesen ezt a folyamatot is szabályozni kell, nehogy a szerszám, illetve az ömledék

túlzott igénybevételnek legyen kitéve.


Változat: 2.2



A befröccsöntési fázis alatt gondoskodni kell arról is, nehogy visszafelé áramoljon az

ömledék. Erre szolgál az ún. visszaáramlásgátló, amely mindaddig megakadályozza az ömledék

hátrafelé áramlását, ameddig a csigacsúcs előtt nagyobb a nyomás, mint mögötte (6. ábra).

6. ábra Visszaáramlásgátló részei (a) és működési elve (b)

A nagysebességű befröccsöntést követően az ömledék a hűtött (temperált, azaz állandó

hőmérsékleten tartott) szerszámüregben lehűl és eközben zsugorodik. Az ekkor fellépő

térfogatcsökkenést további ömledékadagolással még pótolni kell. Ez az ún. utónyomás szakasza,

amikor is a csiga még lassan előre mozog, további ömledéket juttat a szerszámba mindaddig, amíg

– általában a legszűkebb keresztmetszetben – meg nem szilárdul az anyag (lepecsételődési pont). A

csigacsúcs előtt tehát a teljes folyamat alatt egy ömledék tartaléknak kell lennie, és ezen a párnán

keresztül adódik át a csigadugattyú nyomása.

Az utónyomás befejezése után a csiga forogni kezd és ezzel együtt a torlónyomás hatására

axiálisan hátrafelé elmozdul mindaddig, amíg a következő befröccsöntéshez szükséges

anyagmennyiség plasztifikálását el nem végzi. Közben a szerszámüregben megszilárdul az

ömledék. A késztermék kellő merevségének elérése után a szerszám kinyílik, a gyártmány

eltávolítható, majd egy adott várakozási idő után a szerszám ismét zár, és kész az új ömledék

befogadására. A nyitási- és zárási sebességek a korszerű gépeken már szabályozhatóak.


Változat: 2.2



3. A mérés során használt gépek, berendezések

KUASY 100/25 FRÖCCSÖNTŐGÉP (7. ÁBRA) Maximális adagsúly: 100 g (PS) Maximális záróerő: 25 t Zárás: Könyökemelős (Hidromechanikus) Oszloptávolság: 280*280 mm Csigaátmérő: 35 mm

7. ábra KuASY fröccsöntőgép

ARBURG ALLROUNDER 370S FRÖCCSÖNTŐGÉP (8. ÁBRA) Maximális adagsúly: 172 g (PS) Maximális záróerő: 60 t Zárás: Hidraulikus Oszloptávolság: 370*370 mm Csigaátmérő: 35 mm Maximális fröccsnyomás: 2500 bar

8. ábra ARBURG Allrounder 370S típusú fröccsöntőgép


Változat: 2.2



4. A témához kapcsolódó fontosabb szavak angolul, németül

Magyar Angol Német fröccsöntés injection molding Spritzgiessen fröccsegység barrel Plastifizier-einheit beömlőcsatorna sprue Anguss (Zapfen, Kegel, Stange) elosztócsatorna runner Verteilungskanal (Angussverteiler) csigadugattyú reciprocating screw Schnecke fröccsnyomás injection pressure Spritzdruck utónyomás holding/packing pressure Nachdruck szerszám mold Werkzeug hűtés cooling Kühlung zsugorodás shrinkage Sohrumpfen vetemedés warpage Verziehen összecsapási vonal weld line Bindenaht záróerő clamping force Schliesskraft szerszámzáró egység clamping unit Schliesseinheit

5. Ajánlott irodalom

1. Czvikovszky T., Nagy P., Gaál J.: A polimertechnika alapjai, Műegyetemi Kiadó, Budapest, 2000

2. Dunai A., Macskási L.: Műanyagok fröccsöntése, Lexica Kft., Budapest, 2003


Változat: 2.2



MÉRÉSI JEGYZŐKÖNYV

Név: Jegy:

Neptun kód:

Dátum: Ellenőrizte:

Gyakorlatvezető:

1. Feladat

– A KuASY fröccsgépen a paraméterek beállítása a megfelelő termékminőség

eléréséhez.

– A beállított gép ciklusának vizsgálata – a ciklusdiagramokhoz szükséges értékek

mérése (ciklusidő, szerszámzárási idő, szerszámnyitási idő, zónahőmérsékletek,

stb.).

– A mért értékek alapján a ciklusdiagramok megrajzolása.

2. Alapadatok, mért és számított eredmények

Zónahőmérséklet Alapanyag: A fúvókánál: [°C] Sűrűség: [g/cm3]

Középen: [°C] Adagsúly: [g] A toroknál: [°C] Fröccstérfogat: [cm3]

Fröccsnyomás: [MPa] Utónyomás: [MPa]

Fröccsnyomás ideje: [s] Utónyomás ideje: [s] Csiga elmozdulás a

befröccsöntéskor: [mm] Csiga elmozdulás az

utónyomáskor: [mm]

Szerszám zárási idő: [s]

Fröccsegység zárási idő: [s]

Szerszám nyitási idő: [s]

Fröccsegység nyitási idő: [s]

Csigaforgási idő: [s]

Hűtési idő: [s] A fröccsöntés ciklusideje: [s]


Változat: 2.2



3. A fröccsöntés ciklusdiagramja


b3 változat - pt.bme.hu · egyféle termék állítható elő, tehát ezek a szerszámok –...

Documents